DE102010046467A1 - Device, useful for manufacturing, repairing and/or replacing component, preferably aircraft component by powder solidifiable by radiation energy of radiation energy source, comprises fixed construction platform with frame - Google Patents

Device, useful for manufacturing, repairing and/or replacing component, preferably aircraft component by powder solidifiable by radiation energy of radiation energy source, comprises fixed construction platform with frame Download PDF

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Dr.-Ing. Eisen Markus
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Abstract

Device (10) comprises a fixed construction platform (20) with a frame surrounding the construction platform for receiving a powder (16) on the construction platform, where the frame is designed to be movable. Independent claims are also included for: (1) manufacturing, repairing and/or replacing a component (12), preferably an aircraft component, comprising providing a radiation energy source (14) for solidifying the powder, which is solidifiable by radiation energy, providing a fixed construction platform with a movable frame surrounding the platform, moving the frame such that a powder layer of the powder is affixed on the construction platform, and solidifying a component region of the powder layer by the radiation energy source; and (2) a component which is manufactured, repaired and/or replaced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels wenigstens eines durch eine Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers. Das Bauteil ist hier beispielsweise ein Flugzeugbauteil, wie z. B. ein Schaufelelement eines Flugzeugtriebwerks, beispielsweise eines Turbinenstrahltriebwerks. Grundsätzlich können die Vorrichtung und das Verfahren aber auch für jedes andere Bauteil eingesetzt werden, das mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers herstellbar oder bearbeitbar ist. Das Pulver wird dabei, um verfestigt zu werden, durch die Energiestrahlung gesintert oder geschmolzen.The present invention relates to a device for producing, repairing and / or replacing a component by means of at least one powder which can be solidified by an energy radiation. The component is here, for example, an aircraft component such. B. a blade element of an aircraft engine, such as a turbine engine. In principle, however, the device and the method can also be used for any other component which can be produced or processed by means of a powder which can be solidified by energy radiation. The powder is thereby sintered or melted by the energy radiation to be solidified.

Aus dem Stand der Technik, wie er in der WO 2008/125497 A1 offenbart ist, ist eine Vorrichtung bekannt, zum direkten Aufbau von Bauteilen aus Hochtemperaturmetallen. Die Vorrichtung weist dabei eine Elektronenstrahlerzeugungseinrichtung auf, die derart ausgebildet ist, dass sie einen Elektronenstrahl gesteuert durch eine Steuerung eines Computers auf beliebige vordefinierte Positionen eines Pulverbettes richtet. Die Elektronenstrahlvorrichtung ist dabei in einer horizontalen Richtung bzw. in einer X- und Y-Richtung beweglich. Ein Scannen des Elektronenstrahls über die gesamte Fläche einer Teileplattform, auf der ein Bauteil zu erzeugen ist, lässt sich durch bekannte Elektronenstrahlvorrichtungen bei feststehender Strahlenerzeugungsvorrichtung durchführen. Das Pulverbett ist durch die Teileplattform mittels eines Motors auf und ab in einer senkrechten Richtung oder Z-Richtung bewegbar. Dabei ist die Teileplattform durch einen Rahmen gebildet, in dem die Teileplattform so geführt ist, dass in dem Rahmen oberhalb der Teileplattform ein loses Pulver aufgenommen ist. Weiter ist eine Beschichtungseinrichtung vorgesehen, die über das Pulverbett verführbar ist, um eine neue Lage Pulver aufzulegen. Das Pulver mit der Beschichtungseinrichtung befindet sich in einem Raum der evakuierbar ist oder mit einer Gasatmosphäre befüllt werden kann.From the state of the art, as in the WO 2008/125497 A1 is disclosed, a device is known for the direct construction of components made of high-temperature metals. The device in this case has an electron beam generating device, which is designed such that it directs an electron beam controlled by a control of a computer to any predefined positions of a powder bed. The electron beam device is movable in a horizontal direction or in an X and Y direction. Scanning of the electron beam over the entire area of a part platform on which a component is to be produced can be carried out by known electron beam devices with a fixed beam generating device. The powder bed is movable up and down in a vertical direction or Z direction by the part platform by means of a motor. In this case, the parts platform is formed by a frame in which the parts platform is guided so that in the frame above the parts platform a loose powder is added. Furthermore, a coating device is provided which can be manipulated via the powder bed in order to apply a new layer of powder. The powder with the coating device is located in a space that can be evacuated or filled with a gas atmosphere.

Bei dieser Vorrichtung muss die Teileplattform verfahren werden. Das hat den Nachteil, dass Bauteile, die auf der Teileplattform aufgebaut werden, häufig raue Oberflächen aufweisen, da die Teileplattform beim schichtweisen Verfahren, nicht immer exakt positioniert werden kann. Das hat zur Folge, dass Bauteilschichten zueinander leicht versetzt sein können, was zu einer rauen Oberfläche führt.In this device, the part platform must be moved. This has the disadvantage that components that are built on the part platform, often have rough surfaces, since the part platform in the layered process, not always can be accurately positioned. This has the consequence that component layers can be slightly offset from one another, which leads to a rough surface.

Ein sehr großer Nachteil ist, dass durch das Anlagenkonzept der Bauraum begrenzt ist.A very big disadvantage is that the installation space limits the installation space.

Des Weiteren ist aus der DE 100 53 742 C5 eine Vorrichtung zum Sintern, Abtragen und/oder Beschriften eines Werkstücks offenbart. Dabei ist in einem Maschinengehäuse ein Bauraum vorgesehen, in welchem ein Scanner angeordnet ist, in den der Strahl eines Sinter-Lasers eingekoppelt wird. Des Weiteren ist eine höhenverstellbare Werkstückplattform vorgesehen, sowie eine Materialzuführungseinrichtung zum Zuführen von Sinter-Material aus einem Vorratsbehälter. Der Scanner ist dabei nach Art eines Kreuzschlittens an einem motorisch verfahrbaren Scanner-Träger angeordnet zum Bewegen des Scanners in einer horizontalen Richtung oder X- und Y-Richtung über der Werkstückplattform. Der Scanner kann auch entlang einer Z-Achse, d. h. in der Höhe verstellbar, verfahrbar vorgesehen sein. Der Sinter-Laser selbst ist wiederum ortsfest an einem mit einer Kreuzschlittenanordnung der Aufhängung verbundenen Maschinengestell angeordnet. Die Einstrahlung des Strahls des Sinter-Lasers in den Bereich des Scanner-Trägers erfolgt parallel zu Achsen der Aufhängung des Scanner-Trägers und über 90°-Ablenkspiegel zum optischen Eingang des Scanners.Furthermore, from the DE 100 53 742 C5 discloses an apparatus for sintering, abrading and / or inscribing a workpiece. In this case, a construction space is provided in a machine housing, in which a scanner is arranged, in which the beam of a sintered laser is coupled. Furthermore, a height-adjustable workpiece platform is provided, as well as a material supply device for feeding sintered material from a storage container. The scanner is arranged in the manner of a cross slide on a motor-driven scanner carrier for moving the scanner in a horizontal direction or X and Y direction over the workpiece platform. The scanner can also be provided along a Z-axis, ie adjustable in height, movable. The sintering laser itself is in turn fixedly arranged on a machine frame connected to a cross slide assembly of the suspension. The irradiation of the beam of the sintered laser into the area of the scanner carrier takes place parallel to axes of the suspension of the scanner carrier and via 90 ° deflection mirror to the optical input of the scanner.

Bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung ist die Strahlquelle, d. h. hier der Sinter-Laser, selbst fest. Stattdessen ist der Scanner verfahrbar ausgebildet und dazu auf einer Art Kreuzschlitten positioniert.In the apparatus described above, the beam source, i. H. here the sintering laser, even firm. Instead, the scanner is designed movable and positioned on a kind of cross slide.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren bereitzustellen zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch eine Energiestrahlung zu verfestigenden Pulvers.The object of the invention is to provide an improved device and an improved method for producing or repairing and / or replacing a component by means of a powder to be solidified by energy radiation.

Gemäß der Erfindung werden nun eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden, zum Reparieren und/oder zum Austauschen eines Bauteils bereitgestellt.According to the invention, there is now provided an apparatus and method for forming, repairing and / or replacing a component.

Genauer gesagt wird eine Vorrichtung bereitgestellt zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch eine Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulvers, wobei die Vorrichtung eine feststehende Bauplattform mit einem die Bauplattform umgebenden Rahmen zur Aufnahme eines Pulvers auf der Bauplattform aufweist, wobei der Rahmen verfahrbar ausgebildet ist.More specifically, an apparatus is provided for fabricating, repairing and / or replacing a component by means of a powder solidifiable by energy radiation of an energy source, the apparatus comprising a fixed build platform having a frame surrounding the build platform for receiving a powder on the build platform, the frame is formed movable.

Die Vorrichtung hat den Vorteil, dass durch die feststehende Bauplattform und den zu der Bauplattform beweglichen Rahmen zum Aufbringen des Pulvers Bauteile mit einer besseren Oberfläche hergestellt werden können. Dadurch, dass die Bauplattform nicht bewegt wird sondern nur der Rahmen, kann das Risiko des Auftretens eines Versatzes bei den verfestigten Pulverschichten vermieden werden. Dadurch kann die Oberfläche des Bauteils verbessert werden.The device has the advantage that components with a better surface can be produced by the fixed construction platform and the frame movable to the construction platform for applying the powder. The fact that the construction platform is not moved but only the frame, the risk of the occurrence of an offset in the solidified powder layers can be avoided. As a result, the surface of the component can be improved.

Der Bauraum kann auf diese Weise einfacher vergrößert werden, wodurch größere Bauteile hergestellt werden können. The space can be easily increased in this way, allowing larger components can be produced.

Des Weiteren wird ein Verfahren bereitgestellt, zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Energiestrahlungsquelle zum Verfestigen eines mittels der Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulvers;
Bereitstellen einer feststehenden Bauplattform mit einem die Bauplattform umgebenden beweglichen Rahmen zur Aufnahme des Pulvers auf der Bauplattform;
Bewegen des Rahmens derart, dass eine Pulverschicht des Pulvers auf die Bauplattform aufbringbar ist: und
Verfestigen eines Bauteilbereichs der Pulverschicht durch die Energiestrahlungsquelle.
Furthermore, a method is provided for producing, repairing and / or replacing a component, the method having the following steps:
Providing an energy radiation source for solidifying a powder solidifiable by the energy radiation source;
Providing a fixed building platform with a movable frame surrounding the build platform for receiving the powder on the build platform;
Moving the frame such that a powder layer of the powder is applied to the build platform: and
Solidifying a component region of the powder layer by the energy radiation source.

Durch das Bewegen des Rahmens und nicht der Bauplattform zum schichtweisen Auftragen des Pulvers und anschließendem Verfestigen des Bauteilbereichs des Pulvers, kann ein Versatz der einzelnen Pulverschichten vermieden und Bauteile mit einer glatteren Oberfläche hergestellt werden.By moving the frame rather than the build platform to apply the powder layer by layer and then solidify the component area of the powder, an offset of the individual powder layers can be avoided and components with a smoother surface can be produced.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and the description with reference to the drawings.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Energiestrahlung der Energiestrahlungsquelle zumindest in einer Senkrechten (Z-Richtung) einstellbar ist. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen dem Fokus des Energiestrahls, z. B. eines Laserstrahls, so eingestellt werden, dass er auf die jeweilige Pulverschicht trifft, so dass die jeweilige Pulverschicht geeignet in einem Bauteilbereich verfestigt werden kann.In one embodiment of the invention, the energy radiation of the energy radiation source is adjustable at least in a vertical (Z-direction). In this way, the distance between the focus of the energy beam, z. As a laser beam, are adjusted so that it meets the respective powder layer, so that the respective powder layer can be suitably solidified in a component region.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Energiestrahlung der Energiestrahlungsquelle zusätzlich in wenigstens einer oder zwei zusätzlichen Raumrichtungen bzw. in der X- und/oder Y-Richtung beweglich. Dadurch kann der Energiestrahl praktisch parallel oder in einer horizontalen Richtung oder horizontalen Ebene zu dem jeweiligen Pulverbett bewegt werden und dieses im Bauteilbereich verfestigen.In another embodiment according to the invention, the energy radiation of the energy radiation source is additionally movable in at least one or two additional spatial directions or in the X and / or Y direction. As a result, the energy beam can be moved virtually parallel or in a horizontal direction or horizontal plane to the respective powder bed and solidify it in the component area.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und 1 a schematic view of a device according to an embodiment of the invention; and

2 ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils gemäß der Erfindung. 2 a diagram illustrating the method for producing a component according to the invention.

Die Erfindung ist insbesondere auf das Anwendungsgebiet der generativen Fertigung zur Herstellung von Bauteilen gerichtet. Dazu gehört das sog. Rapid Manufacturing oder auch das sog. Rapid Prototyping. Bei der generativen Fertigung werden Bauteile insbesondere schichtweise durch Materialauftrag aufgebaut. Hierbei wird bei den entsprechenden Verfahren, die als Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) oder 3D-Printing bekannt sind, der hinzuzufügende oder aufzutragende Werkstoff in Pulverform verarbeitet. Das Pulver wird hierbei insbesondere schichtweise auf eine Bauplattform oder einen Träger aufgetragen. Anschließend wird die Pulverschicht selektiv mittels einer Energiestrahlung verfestigt, wie z. B. eines Laserstrahls oder Elektronenstrahls.The invention is directed in particular to the field of application of additive manufacturing for the production of components. This includes so-called rapid manufacturing or so-called rapid prototyping. In generative manufacturing, components are built up, in particular, in layers by material application. Hereby, in the corresponding processes known as Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) or 3D Printing, the material to be added or applied is processed in powder form. The powder is hereby applied in particular layer by layer on a building platform or a carrier. Subsequently, the powder layer is selectively solidified by means of energy radiation, such as. B. a laser beam or electron beam.

Die Verfestigung der jeweiligen Pulverschicht erfolgt dabei normalerweise auf Basis von Geometriedaten des herzustellenden Bauteils. Dabei kann der Bereich der Pulverschicht z. B. abgescannt und der zu der entsprechenden Bauteilschicht gehörende Abschnitt mittels Energiestrahlung verfestigt werden. Durch Einwirken der Energiestrahlung schmilzt oder versintert das Pulver in diesem Bereich. Im Fall des 3D-Printings wird die Pulverschicht verfestigt, indem ein Binder selektiv in die zum Bauteil gehörenden Bereiche eingebracht wird. Anschließend kann die Bauplattform oder der Träger um eine Schichtdicke verfahren, z. B. abgesenkt werden. Daraufhin wird eine neue Pulverschicht darüber aufgetragen und wiederum verfestigt. Auf diese Weise kann Schicht für Schicht das Bauteil, wie beispielsweise ein Schaufelelement oder ein Teil eines Schaufelelements, aufgebaut oder ergänzt werden, z. B. im Falle einer Reparatur.The solidification of the respective powder layer is normally carried out on the basis of geometric data of the component to be produced. In this case, the area of the powder layer z. B. scanned and belonging to the corresponding component layer section are solidified by energy radiation. The powder melts or sinters in this area as a result of the action of energy radiation. In the case of 3D printing, the powder layer is solidified by selectively introducing a binder into the component-associated areas. Subsequently, the construction platform or the carrier can be moved by a layer thickness, for. B. be lowered. Then a new layer of powder is applied over it and solidified again. In this way, layer by layer, the component, such as a blade element or a part of a blade element, built or supplemented, for. B. in the case of a repair.

In 1 ist eine schematische Ansicht gezeigt einer Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils 12 mittels wenigstens eines durch eine Energiestrahlungsquelle 14 zu verfestigenden Pulvers 16. Das Pulver 16 wird dabei durch die Energiestrahlung 18 der Energiestrahlungsquelle 14 z. B. geschmolzen oder gesintert und so verfestigt. Das Pulver 16 kann dabei aus einem oder mehreren Werkstoffen zusammengesetzt sein, beispielsweise kann das Pulver 16 wenigstens ein Metallpulver, ein Metalllegierungspulver, ein Keramikpulver und/oder auch ein Kunststoffpulver aufweisen, um nur einige Beispiele für das Pulver 16 zu nennen. Die Erfindung ist auf diese Beispiele aber nicht beschränkt. Grundsätzlich kann jedes Pulver 16 aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffkombination verwendet werden, das geeignet ist mittels einer Energiestrahlungsquelle, wie z. B. einem Elektronenstrahl oder einem Laserstrahl, verfestigt zu werden. Die Erfindung ist aber auf Laserstrahlen und Elektronenstrahlen als Energiestrahlung 18 nicht beschränkt. Grundsätzlich kann jede andere Energiestrahlungsquelle 14 eingesetzt werden, die geeignet ist, ein zugeordnetes Pulver zu verfestigen.In 1 Figure 3 is a schematic view of an embodiment of a device 10 for making, repairing and / or replacing a component 12 by at least one by an energy source 14 to be solidified powder 16 , The powder 16 is thereby by the energy radiation 18 the energy source 14 z. B. melted or sintered and solidified. The powder 16 can be composed of one or more materials, for example, the powder 16 at least one metal powder, a metal alloy powder, a ceramic powder and / or a plastic powder, to name but a few examples of the powder 16 to call. The invention is not limited to these examples. In principle, every powder 16 be used from a material or a combination of materials, which is suitable by means of an energy radiation source, such as. As an electron beam or a laser beam to be solidified. However, the invention is directed to laser beams and electron beams as energy radiation 18 not limited. Basically, any other source of energy radiation 14 can be used, which is suitable to solidify an associated powder.

Wie in 1 der schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung 10 gezeigt ist, weist die Vorrichtung 10 eine Bauplattform 20 oder einen Träger auf, auf welchem wenigstens ein Bauteil 12 ausgebildet wird. Die Bauplattform 20 oder der Träger ist dabei fest und z. B. durch einen Rahmen 22 begrenzt, so dass ein Pulver 16 darin aufgenommen werden kann. Im Gegensatz zu der Bauplattform 20 welche nicht bewegt wird bzw. feststehend ausgebildet ist, ist der Rahmen 22 beweglich gestaltet. Das bedeutet, dass der Rahmen 22 auf und ab bzw. in Z-Richtung verfahrbar in 1 ausgebildet ist. Der Rahmen 22 wird also entlang der feststehenden Bauplattform 20 auf und ab bewegt, so dass die Bauplattform 20 über eine Beschichtungseinrichtung 24 mit einem Pulver 16 beschichtet werden kann. Als Beschichtungseinrichtung 24 kann dabei beispielsweise eine Abstreifervorrichtung, wie in 1 gezeigt ist, ein Rakel und/oder wenigstens eine Pulverzuführdüse usw. vorgesehen werden.As in 1 the schematic representation of an embodiment of the device according to the invention 10 is shown, the device 10 a build platform 20 or a support on which at least one component 12 is trained. The construction platform 20 or the carrier is fixed and z. B. by a frame 22 limited, leaving a powder 16 can be included in it. Unlike the build platform 20 which is not moved or is stationary, is the frame 22 movably designed. That means the frame 22 moved up and down or in Z-direction in 1 is trained. The frame 22 So it's going to be along the fixed build platform 20 moved up and down, leaving the build platform 20 via a coating device 24 with a powder 16 can be coated. As a coating device 24 can, for example, a scraper device, as in 1 is shown, a squeegee and / or at least one Pulverzuführdüse etc. are provided.

In 1 wird nun wenigstens ein Bauteil 12 aus mehreren Pulverschichten aufgebaut. Zum Auftragen der jeweiligen Pulverschicht 16 mittels der Beschichtungseinrichtung 24 wird nun der Rahmen 22 jeweils nach oben bewegt, so dass eine entsprechende Pulverschicht auf die Bauplattform 20 aufgebracht werden kann. Anschließend wird die Pulverschicht in den Bauteilbereichen mittels der Energiestrahlungsquelle verfestigt. Dann fährt der Rahmen 22 jeweils wieder ein Stück nach oben in 1, so dass die nächste Pulverschicht auf die Bauplattform 20 bzw. die vorherige teilweise nun verfestigte Pulverschicht aufgebracht und anschließend in den Bauteilbereichen ebenfalls mittels der Energiestrahlungsquelle 14 verfestigt werden kann. Indem die Bauplattform 20 fest, d. h. nicht bewegt wird, sondern stattdessen der die Bauplattform 20 umschließende Rahmen 22, kann ein Bauteil 12 mit einer höheren Genauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit hergestellt werden. Dies liegt daran, dass die Bauplattform 20 fest ist und so kein Versatz wie beim Bewegen der Bauplattform zur Bereitstellung der Pulverschichten im Stand der Technik entstehen kann. Die Bewegung des Rahmens ist deutlich unkritischer.In 1 now at least one component 12 composed of several layers of powder. For applying the respective powder layer 16 by means of the coating device 24 now becomes the frame 22 each moved upward so that a corresponding powder layer on the build platform 20 can be applied. Subsequently, the powder layer is solidified in the component areas by means of the energy radiation source. Then the frame drives 22 in each case again a piece up in 1 so that the next layer of powder on the build platform 20 or the previously partially solidified now powder layer and then in the component areas also by means of the energy radiation source 14 can be solidified. By the construction platform 20 fixed, ie not moved, but instead the building platform 20 enclosing frames 22 , can be a component 12 be manufactured with a higher accuracy and surface finish. This is because the build platform 20 is fixed and so no offset can occur as when moving the build platform to provide the powder layers in the prior art. The movement of the frame is much less critical.

Zum Verfestigen der jeweiligen Pulverschicht in ausgewählten Bereichen, hier den Bauteilbereichen, wird der Energiestrahl 18 der Energiestrahlungsquelle 14, z. B. eines Lasers in 1, entsprechend angepasst. Das bedeutet, dass der Abstand des Lasers bzw. dessen Fokus von dem Pulverbett, das in Bereichen durch ihn verfestigt werden soll, eingestellt wird, so dass z. B. der Fokus des Laserstrahls möglichst optimal oder genau auf die Oberfläche des zu verfestigenden Bereichs trifft. Dazu sind z. B. die Energiestrahlungsquelle 14 und/oder wenigstens ein Teil eines optischen Strahlführungssystems (nicht dargestellt) zur Führung eines Energiestrahls der Energiestrahlungsquelle 14 beweglich ausgebildet, insbesondere in Z-Richtung. Des Weiteren kann z. B. die Energiestrahlungsquelle 14 und/oder wenigstens ein Teil des optischen Strahlführungssystem neben der Beweglichkeit in Z-Richtung auch in X-Richtung und/oder Y-Richtung verfahrbar ausgebildet sein.For solidifying the respective powder layer in selected areas, here the component areas, the energy beam 18 the energy source 14 , z. B. a laser in 1 , adjusted accordingly. This means that the distance of the laser or its focus from the powder bed, which is to be solidified in areas through him, is set so that z. B. the focus of the laser beam as optimally or accurately hits the surface of the area to be solidified. These are z. B. the energy source 14 and / or at least part of an optical beam guidance system (not shown) for guiding an energy beam of the energy radiation source 14 designed to be movable, in particular in the Z direction. Furthermore, z. B. the energy source 14 and / or at least a part of the optical beam guidance system in addition to the mobility in the Z direction also be designed to be movable in the X direction and / or Y direction.

Dazu kann z. B. die Energiestrahlungsquelle 14 vergleichbar dem Scanner in der zuvor mit Bezug auf den Stand der Technik beschriebenen DE 100 53 742 C5 auf einem Kreuzschlitten als Verstelleinrichtung 26 angeordnet sein, welche in X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung verfahrbar bzw. beweglich ist. Das gilt auch für das Strahlführungssystem oder Teile des Strahlführungssystems. Ebenso kann z. B. die Energiestrahlungsquelle 14 und/oder wenigstens ein Teil des Strahlführungssystems auch auf einem Roboter oder einem Roboterarm, wie in 1 angedeutet, als Verstelleinrichtung 26 angeordnet sein, welcher in Z-Richtung beweglich ist und wahlweise zusätzlich in X-Richtung und/oder Y-Richtung, wie in 1 gezeigt. Die Erfindung ist aber auf die beiden genannten Beispiele als Verstelleinrichtungen 26 zur beweglichen Anordnung der Energiestrahlungsquelle 14 und/oder wenigstens eines Teils eines optischen Strahlführungssystems für den Energiestrahl nicht beschränkt.This can z. B. the energy source 14 similar to the scanner in the previously described with reference to the prior art DE 100 53 742 C5 on a cross slide as adjusting device 26 be arranged, which in the X-direction, Y-direction and Z-direction movable or movable. This also applies to the beam guidance system or parts of the beam guidance system. Likewise, z. B. the energy source 14 and / or at least a part of the beam guidance system also on a robot or a robot arm, as in 1 indicated as adjusting 26 be arranged, which is movable in the Z direction and optionally additionally in the X direction and / or Y direction, as in 1 shown. However, the invention is based on the two examples mentioned as adjusting devices 26 for the movable arrangement of the energy radiation source 14 and / or at least part of an optical beam guidance system for the energy beam is not limited.

Da die Bauplattform 20 selbst fest ist, muss nicht unbedingt ein Scanner vorgesehen werden, zum Scannen der Pulverschicht. Stattdessen können die Position der Bauplattform 20 und der Daten oder dreidimensionalen Daten des jeweils herzustellenden Bauteils 12 auf der Bauteilplattform 20 vorgegeben oder vorab gespeichert sein, so dass die Pulverschicht auf der feststehenden Bauplattform 20 nicht zusätzlich abgescannt werden muss. Stattdessen werden ausreichend geeignete Daten bereitgestellt, z. B. über einen an die Verstelleinrichtung 26 angeschlossenen Computer 30, welcher die Verstelleinrichtung 26 und die Betätigung der Energiestrahlungsquelle 14 zum Verfestigen des Pulvers der entsprechenden Pulverschicht und/oder des Strahlführungssystems in vorbestimmten Bauteilbereichen steuert.Because the build platform 20 itself is fixed, a scanner does not necessarily have to be provided for scanning the powder layer. Instead, the position of the build platform 20 and the data or three-dimensional data of each component to be manufactured 12 on the component platform 20 be predetermined or stored in advance, so that the powder layer on the fixed build platform 20 does not have to be scanned additionally. Instead, enough suitable data is provided, e.g. B. via a to the adjustment 26 connected computer 30 which the adjusting device 26 and the operation of the energy radiation source 14 for solidifying the powder of the corresponding powder layer and / or the beam guiding system in predetermined component areas controls.

Grundsätzlich kann aber auch ein zusätzlicher Scanner 28 vorgesehen werden, wie in 1 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, welcher z. B. mit der Energiestrahlungsquelle 14 und/oder einem optischen Strahlführungssystem koppelbar ist und ebenfalls auf der Verstelleinrichtung beweglich bzw. verfahrbar vorgesehen werden kann.Basically, but also an additional scanner 28 be provided as in 1 is indicated by a dashed line, which z. B. with the energy source 14 and / or an optical beam guidance system can be coupled and can also be provided on the adjusting movable or movable.

Wie in 1 gezeigt ist, kann die Bauplattform 20 mit dem beweglichen Rahmen 22, die Energiestrahlungsquelle 14 und wahlweise zusätzlich der Scanner 28 in einer Prozesskammer 32 angeordnet sein. Die Prozesskammer 32 in 1 kann wahlweise zusätzlich evakuierbar und/oder mit Gas z. B. einer Edelgasatmosphäre befüllbar ausgebildet sein, je nach Funktion und Einsatzzweck. Ebenso kann die Prozesskammer 32 je nach Funktion und Einsatzzweck auch entfallen.As in 1 Shown is the build platform 20 with the movable frame 22 , the energy source of radiation 14 and optionally the scanner 28 in a process chamber 32 be arranged. The process chamber 32 in 1 can optionally additionally evacuated and / or gas z. B. a noble gas atmosphere be formed, depending on the function and purpose. Likewise, the process chamber 32 depending on the function and purpose also omitted.

Neben einem Strahl 18, welcher z. B. über ein optisches Strahlführungssystem beispielsweise aus Spiegeln und/oder Linsen geführt wird, kann auch beispielsweise wenigstens ein Lichtwellenleiter, z. B. wenigstens eine Glasfaser, vorgesehen werden, welcher einen Lichtstrahl leitet und wobei der wenigstens eine Lichtwellenleiter mit der Verstelleinrichtung entsprechend verbunden oder koppelbar sein, zum Verfestigen des Pulvers.Next to a ray 18 which z. B. is guided over an optical beam guidance system, for example, mirrors and / or lenses, for example, at least one optical waveguide, z. B. at least one glass fiber, are provided, which conducts a light beam and wherein the at least one optical waveguide with the adjusting device to be connected or coupled in accordance with, for solidifying the powder.

In 2 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils gemäß der Erfindung gezeigt.In 2 a diagram is shown for illustrating the method for producing, repairing and / or replacing a component according to the invention.

Gemäß der Erfindung wird eine feststehende Bauteilplattform mit einem sie umgebenden beweglichen Rahmen bereitgestellt. Dabei wird der Rahmen in eine Position gefahren (Schritt S1) in welcher eine Pulverschicht auf die Bauteilplattform über eine Beschichtungseinrichtung aufgetragen wird. Der Energiestrahl der Energiestrahlungsquelle wird so eingestellt, dass er die aufgetragene Pulverschicht in vorbestimmten Bauteilbereichen verfestigt. Dazu wird beispielsweise die Energiestrahlungsquelle über eine Verstelleinrichtung entsprechend in Z-Richtung positioniert (Schritt S2). Über die Energiestrahlungsquelle wird dann das Pulver in den Bauteilbereichen verfestigt (Schritt S3). Wie zuvor beschrieben ist zur Positionierung des Energiestrahls relativ zu der jeweils aufgetragenen Pulverschicht, die Energiestrahlungsquelle, ein Teil der Energiestrahlungsquelle, wenigstens ein Teil eines optischen Strahlführungssystems für einen Energiestrahl und/oder wenigstens ein Lichtwellenleiter zum Leiten eines Energiestrahls relativ zu dem Pulverbett auf und ab bzw. in Z-Richtung bewegbar ausgebildet oder angeordnet. Auf diese Weise kann der Energiestrahl geeignet eingestellt werden, um das Pulverbett zu verfestigen. Beispielsweise kann ein Laserstrahl mit seinem Focus so eingestellt werden, dass er mit seinem Focus immer auf das Pulverbett trifft und so das Pulver geeignet verfestigt.According to the invention, a fixed component platform is provided with a surrounding movable frame. In this case, the frame is moved to a position (step S1) in which a powder layer is applied to the component platform via a coating device. The energy beam of the energy radiation source is adjusted so that it solidifies the applied powder layer in predetermined component areas. For this purpose, for example, the energy radiation source is positioned correspondingly in the Z direction via an adjusting device (step S2). The powder is then solidified in the component regions via the energy radiation source (step S3). As described above, for positioning the energy beam relative to the respective powder layer applied, the energy radiation source, a part of the energy radiation source, at least a part of an optical beam guidance system for an energy beam and / or at least one optical fiber for guiding an energy beam relative to the powder bed ., formed or arranged movable in the Z direction. In this way, the energy beam can be suitably adjusted to solidify the powder bed. For example, a laser beam with its focus can be adjusted so that it always hits with its focus on the powder bed and thus solidifies the powder suitable.

Die bewegliche Strahlenquelle (d. h. Energiestrahlungsquelle, Strahlführungssystem oder Lichtleiter) hat den Vorteil, dass sie die Flexibilität erhöht und außerdem einen vergrößerten Bauraum ermöglicht. So kann die Anlageflexibilität gesteigert werden. Große Bauräume können dabei für viele und/oder große Bauteil vorgesehen werden mit einer oder mehreren Bauteilplattformen und rahmen. Des Weiteren können kleine Bauräume für die wirtschaftliche Herstellung von Kleinteilen benutzt werden. Zwei Varianten einer beweglichen Strahlenquelle sind insbesondere von Bedeutung. Eine Beweglichkeit nur in Z-Richtung erlaubt die Steigerung der Bauhöhe. Eine Beweglichkeit in alle Raumrichtungen, d. h. X-, Y- und Z-Richtung erlaubt eine Vergrößerung des Bauraums in allen Dimensionen. Außerdem kann mit einem solchen Anlagekonzept eine Energiestrahlungsquelle für mehrere Bauräume genutzt werden. Auf diese Weise kann der Nachteil der langen Abkühlvorgänge, welche bisweilen länger sein können als die Herstellung selbst, z. B. bei der Elektronenstrahltechnik neutralisiert oder zumindest reduziert werden.The movable source of radiation (i.e., energy source, beam delivery system, or fiber) has the advantage of increasing flexibility and also allowing increased space. In this way the investment flexibility can be increased. Large installation spaces can be provided for many and / or large component with one or more component platforms and frame. Furthermore, small spaces can be used for the economic production of small parts. Two variants of a mobile radiation source are of particular importance. A mobility only in Z-direction allows the increase in height. A mobility in all spatial directions, d. H. X-, Y- and Z-direction allows an increase of the installation space in all dimensions. In addition, with such a system concept, an energy radiation source can be used for several installation spaces. In this way, the disadvantage of long cooling processes, which can sometimes be longer than the production itself, z. B. neutralized in the electron beam technology or at least reduced.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.Although the present invention has been described above with reference to the preferred embodiments, it is not limited thereto, but modified in many ways. In particular, the embodiments described above can be combined with one another, in particular individual features thereof.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Vorrichtungcontraption
1212
Bauteilcomponent
1414
EnergiestrahlungsquelleEnergy radiation source
1616
Pulverpowder
1818
Energiestrahlungenergy radiation
2020
Bauplattformbuilding platform
2222
Rahmenframe
2424
Beschichtungseinrichtungcoater
2626
Verstelleinrichtungadjustment
2828
Scannerscanner
3030
Computercomputer
3232
Prozeßkammerprocess chamber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2008/125497 A1 [0002] WO 2008/125497 A1 [0002]
  • DE 10053742 C5 [0005, 0026] DE 10053742 C5 [0005, 0026]

Claims (11)

Vorrichtung (10) zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils (12), insbesondere eines Flugzeugbauteils, mittels eines durch eine Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle (14) verfestigbaren Pulvers (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine feststehende Bauplattform (20) mit einem die Bauplattform (20) umgebenden Rahmen (22) zur Aufnahme eines Pulvers (16) auf der Bauplattform (20) aufweist, wobei der Rahmen (22) verfahrbar ausgebildet ist.Contraption ( 10 ) for producing, repairing and / or replacing a component ( 12 ), in particular an aircraft component, by means of an energy radiation of an energy radiation source ( 14 ) solidifiable powder ( 16 ), characterized in that the device ( 10 ) a fixed building platform ( 20 ) with a build platform ( 20 ) surrounding frame ( 22 ) for receiving a powder ( 16 ) on the build platform ( 20 ), the frame ( 22 ) is designed movable. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiestrahlung (18) der Energiestrahlungsquelle (14) zumindest in einer Senkrechten (Z-Richtung) einstellbar ist.Device according to claim 1, characterized in that the energy radiation ( 18 ) of the energy source ( 14 ) is adjustable at least in a vertical (Z-direction). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiestrahlung (18) der Energiestrahlungsquelle (14) in wenigstens einer oder zwei zusätzlichen Raumrichtungen (X-Richtung, Y-Richtung) beweglich ist.Device according to claim 2, characterized in that the energy radiation ( 18 ) of the energy source ( 14 ) is movable in at least one or two additional spatial directions (X-direction, Y-direction). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegung des Energiestrahls (18) der Energiestrahlungsquelle (14) zumindest ein Teil eines Strahlführungssystems des Energiestrahls (18) der Energiestrahlungsquelle (14) und/oder wenigstens ein Lichtleiter zum Leiten des Energiestrahls (18) der Energiestrahlungsquelle (14) mit einer Verstelleinrichtung (26) verbunden oder gekoppelt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for movement of the energy beam ( 18 ) of the energy source ( 14 ) at least a part of a beam guiding system of the energy beam ( 18 ) of the energy source ( 14 ) and / or at least one optical fiber for guiding the energy beam ( 18 ) of the energy source ( 14 ) with an adjusting device ( 26 ) is connected or coupled. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Scanner (28) aufweist, wobei der Scanner (28) mit der Verstelleinrichtung (26) koppelbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a scanner ( 28 ), wherein the scanner ( 28 ) with the adjusting device ( 26 ) can be coupled. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (26) als Schlitten, insbesondere als ein in allen drei Raumrichtungen (X-Richtung, Y-Richtung, Z-Richtung) beweglich ausgebildeter Kreuzschlitten, oder als Roboterarm (26) ausgebildet ist, welcher insbesondere in allen drei Raumrichtungen (X-Richtung, Y-Richtung, Z-Richtung) beweglich ausgebildet ist.Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the adjusting device ( 26 ) as a carriage, in particular as a in all three spatial directions (X-direction, Y-direction, Z-direction) movably trained cross slide, or as a robot arm ( 26 ) is formed, which in particular in all three spatial directions (X-direction, Y-direction, Z-direction) is designed to be movable. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiestrahlungsquelle (14) als Laser oder eine Elektronenstrahlquelle ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy radiation source ( 14 ) is designed as a laser or an electron beam source. Verfahren zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils (12), insbesondere eines Flugzeugbauteils, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Energiestrahlungsquelle (14) zum Verfestigen eines mittels der Energiestrahlungsquelle (14) verfestigbaren Pulvers (16); Bereitstellen einer feststehenden Bauplattform (20) mit einem die Bauplattform (20) umgebenden beweglichen Rahmen (22) zur Aufnahme des Pulvers (16) auf der Bauplattform (20); Bewegen des Rahmens (22) derart, dass eine Pulverschicht des Pulvers (16) auf die Bauplattform (20) aufbringbar ist; und Verfestigen eines Bauteilbereichs der Pulverschicht durch die Energiestrahlungsquelle (14).Method for producing, repairing and / or replacing a component ( 12 ), in particular an aircraft component, the method comprising the steps of: providing an energy radiation source ( 14 ) for solidifying a by means of the energy radiation source ( 14 ) solidifiable powder ( 16 ); Providing a fixed build platform ( 20 ) with a build platform ( 20 ) surrounding movable frame ( 22 ) for receiving the powder ( 16 ) on the build platform ( 20 ); Moving the frame ( 22 ) such that a powder layer of the powder ( 16 ) on the build platform ( 20 ) can be applied; and solidifying a component region of the powder layer by the energy radiation source ( 14 ). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter den Schritt aufweist: Einstellen des Abstands des Fokus der Energiestrahlung (18) von der jeweiligen Pulverschicht oder dem Pulver (16) zum Verfestigen eines Bauteilbereichs der Pulverschicht.A method according to claim 8, characterized in that the method further comprises the step of: adjusting the distance of the focus of the energy radiation ( 18 ) of the respective powder layer or powder ( 16 ) for solidifying a component region of the powder layer. Bauteil welches gemäß dem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 hergestellt, repariert und/oder ausgetauscht ist.Component which is manufactured, repaired and / or replaced according to the method of claim 8 or 9. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (12) ein Schaufelelement ist, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks.Component according to claim 10, characterized in that the component ( 12 ) is a blade element, in particular an aircraft engine.
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Legal Events

Date Code Title Description
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20120411